En 1895, Wilhelm Röntgen découvrit les rayons X et les utilisa pour visualiser les os de la main de sa femme, lançant ainsi un outil de diagnostic révolutionnaire pour la médecine. Aujourd’hui, deux des télescopes spatiaux à rayons X de la NASA ont combiné leurs pouvoirs d’imagerie pour dévoiler les « os » du champ magnétique d’une remarquable structure en forme de main dans l’espace. Ensemble, ces télescopes révèlent le comportement d’une étoile morte et effondrée qui survit grâce à des panaches de particules de matière et d’antimatière sous tension.
Il y a environ 1 500 ans, une étoile géante de notre galaxie n’avait plus de combustible nucléaire à brûler. Lorsque cela s’est produit, l’étoile s’est effondrée sur elle-même et a formé un objet extrêmement dense appelé étoile à neutrons.
Les étoiles à neutrons en rotation dotées de champs magnétiques puissants, ou pulsars, fournissent des laboratoires de physique extrême, avec des conditions qui ne peuvent pas être reproduites sur Terre. Les jeunes pulsars peuvent créer des jets de matière et d’antimatière s’éloignant des pôles du pulsar, ainsi qu’un vent intense, formant une « nébuleuse du vent du pulsar ».
En 2001, l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA a observé pour la première fois le pulsar PSR B1509-58 et a révélé que sa nébuleuse du vent pulsar (appelée MSH 15-52) ressemble à une main humaine. Le pulsar est situé à la base de la « paume » de la nébuleuse. MSH 15-52 est situé à 16 000 années-lumière de la Terre.
Aujourd’hui, le plus récent télescope à rayons X de la NASA, l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), a observé MSH 15-52 pendant environ 17 jours, la plus longue période pendant laquelle il a observé un objet depuis son lancement en décembre 2021.
« Les données IXPE nous donnent la première carte du champ magnétique dans la « main » », a déclaré Roger Romani de l’Université de Stanford en Californie, qui a dirigé l’étude. « Les particules chargées produisant les rayons X se déplacent le long du champ magnétique, déterminant la forme de base de la nébuleuse, comme le font les os dans la main d’une personne. »
Crédit : NASA
IXPE fournit des informations sur l’orientation du champ électrique des rayons X, déterminée par le champ magnétique de la source de rayons X. C’est ce qu’on appelle la polarisation des rayons X. Dans de vastes régions de MSH 15-52, le degré de polarisation est remarquablement élevé, atteignant le niveau maximum attendu des travaux théoriques. Pour atteindre cette force, le champ magnétique doit être très droit et uniforme, ce qui signifie qu’il y a peu de turbulences dans ces régions de la nébuleuse du vent du pulsar.
« Nous connaissons tous les rayons X comme outil médical de diagnostic pour les humains », a déclaré la co-auteure Josephine Wong, également de Stanford. « Ici, nous utilisons les rayons X d’une manière différente, mais ils révèlent à nouveau des informations qui nous seraient autrement cachées. »
Une caractéristique particulièrement intéressante du MSH 15-52 est un jet de rayons X brillant dirigé du pulsar vers le « poignet » au bas de l’image. Les nouvelles données IXPE révèlent que la polarisation au début du jet est faible, probablement parce qu’il s’agit d’une région turbulente avec des champs magnétiques complexes et enchevêtrés associés à la génération de particules de haute énergie. À la fin du jet, les lignes du champ magnétique semblent se redresser et devenir beaucoup plus uniformes, ce qui entraîne une polarisation beaucoup plus grande.
Ces résultats impliquent que les particules reçoivent un regain d’énergie dans les régions turbulentes complexes proches du pulsar à la base de la paume et s’écoulent vers les zones où le champ magnétique est uniforme le long du poignet, des doigts et du pouce.
« Nous avons découvert l’histoire de la vie de particules de matière super énergétique et d’antimatière autour du pulsar », a déclaré le co-auteur Niccolò Di Lalla, également de Stanford. « Cela nous apprend comment les pulsars peuvent agir comme accélérateurs de particules. »
IXPE a également détecté des champs magnétiques similaires pour les nébuleuses du vent pulsar Vela et Crabe, ce qui implique qu’ils pourraient être étonnamment communs dans ces objets.
Ces résultats sont publiés dans un nouveau papier dans Le journal d’astrophysique.
Plus d’information:
Roger W. Romani et al, La main cosmique polarisée : observations IXPE du PSR B1509−58/MSH 15−52, Le journal d’astrophysique (2023). DOI : 10.3847/1538-4357/acfa02